化工原理第二版两册答案(柴诚敬主编).doc

第一章 流体流动4某储油罐中盛有密度为960 kg/m3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的孔，其中心距罐底1000 mm，孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5106 Pa，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3103 Pa）？解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm处的流体压力为 作用在孔盖上的总力为 每个螺钉所受力为因此 5如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为R1=500 mm，R2=80 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3=100 mm。试求A、B两点的表压力。解：（1）A点的压力 （2）B点的压力 习题4附图 习题5附图7某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过13.3 kPa（表压），在炉外装一安全液封管（又称水封）装置，如本题附图所示。液封的作用是，当炉内压力超过规定值时，气体便从液封管排出。试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h。 习题7附图解：10有一装满水的储槽，直径1.2 m，高3 m。现由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径为4 cm，测得水流过小孔的平均流速u0与槽内水面高度z的关系为： 试求算（1）放出1 m3水所需的时间（设水的密度为1000 kg/m3）；（2）又若槽中装满煤油，其它条件不变，放出1m3煤油所需时间有何变化（设煤油密度为800 kg/m3）？解：放出1m3水后液面高度降至z1，则 由质量守恒，得 ， （无水补充） (A为储槽截面积)故有 即 上式积分得 11如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m，水从108 mm4 mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按hf=5.5u2计算，其中u为水在管内的平均流速（m/s）。设流动为稳态，试计算（1）A-A截面处水的平均流速；（2）水的流量（m3/h）。 解：（1）A- A截面处水的平均流速 在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得 （1）式中 z1=7 m，ub10，p1=0（表压） z2=1.5 m，p2=0（表压），ub2 =5.5 u2代入式（1）得 （2）水的流量（以m3/h计） 习题11附图 习题13附图 13如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为1.0133105 Pa。流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21105 Pa，进料口高于储罐内的液面8 m，输送管道直径为68 mm 4 mm，进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg，求泵的有效功率。解：在截面和截面之间列柏努利方程式，得 习题14附图14本题附图所示的贮槽内径D=2 m，槽底与内径d0为32 mm的钢管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度h1为2 m（以管子中心线为基准）。液体在管内流动时的全部能量损失可按hf=20 u2计算，式中的u为液体在管内的平均流速（m/s）。试求当槽内液面下降1 m时所需的时间。 解：由质量衡算方程，得 （1） （2） （3）将式（2），（3）代入式（1）得 即 （4）在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程 即 或写成 （5）式（4）与式（5）联立，得 即 i.c. =0，h=h1=2 m；=，h=1m 积分得 18某液体以一定的质量流量在水平直圆管内作湍流流动。若管长及液体物性不变，将管径减至原来的1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍？ 解：流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时 = 或 =/= =（式中 =2 ，=（）2 =4因此 =32又由于 =（=（=（2=（0.5）0.25=0.841故 =320.84=26.9 习题19附图 19用泵将2104 kg/h的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持25.9103 Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为76 mm4 mm的钢管，总长为35 m，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m3，黏度为6.310-4 Pas。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm。） 解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面2-2，间列机械能衡算方程，以截面1-1，为基准水平面，得 （1）式中 z1=0，z2=17 m，ub10 p1=-25.9103 Pa (表)，p2=0 (表) 将以上数据代入式（1），并整理得 =9.8117+=192.0+其中 =（+） =1.656105 根据Re与e/d值，查得=0.03，并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为 闸阀（全开）： 0.432 m =0.86 m 标准弯头： 2.25 m =11 m故 =(0.03+0.5+4)=25.74J/kg于是 泵的轴功率为 =1.73kW流体输送管路的计算习题20附图 20如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100 mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15 m处安有以水银为指示液的U管压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为20 m。（1）当闸阀关闭时，测得R=600 mm、h=1500 mm；当闸阀部分开启时，测得R=400 mm、h=1400 mm。摩擦系数可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时从管中流出多少水（m3）？（2）当闸阀全开时，U管压差计测压处的压力为多少Pa（表压）。（闸阀全开时Le/d15，摩擦系数仍可取0.025。） 解：（1）闸阀部分开启时水的流量 在贮槽水面1-1，与测压点处截面2-2，间列机械能衡算方程，并通过截面2-2，的中心作基准水平面，得 （a）式中 p1=0(表) ub2=0，z2=0 z1可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方程知 （b）式中 h=1.5 m, R=0.6 m将已知数据代入式（b）得 将以上各值代入式（a），即 9.816.66=+2.13 ub2 解得 水的流量为 （2）闸阀全开时测压点处的压力在截面1-1，与管路出口内侧截面3-3，间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面，得 （c）式中 z1=6.66 m，z3=0，ub1=0，p1=p3 =将以上数据代入式（c），即 9.816.66=+4.81 ub2解得 再在截面1-1，与2-2，间列机械能衡算方程，基平面同前，得 （d）式中 z1=6.66 m，z2=0，ub10，ub2=3.51 m/s，p1=0（表压力） 将以上数值代入上式，则 解得 p2=3.30104 Pa（表压）习题22附图22如本题附图所示，自水塔将水送至车间，输送管路用mm的钢管，管路总长为190 m（包括管件与阀门的当量长度，但不包括进、出口损失）。水塔内水面维持恒定，并高于出水口15 m。设水温为12 ，试求管路的输水量（m3/h）。 解：在截面和截面之间列柏努利方程式，得 （1）采用试差法，代入式（1）得，故假设正确，管路的输水量第二章 流体输送机械2用离心泵（转速为2900 r/min）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60 kPa和220 kPa，两测压口之间垂直距离为0.5 m，泵的轴功率为6.7 kW。泵吸入管和排出管内径均为80 mm，吸入管中流动阻力可表达为（u1为吸入管内水的流速，m/s）。离心泵的安装高度为2.5 m，实验是在20 ，98.1 kPa的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。解：（1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到将有关数据代入上式并整理，得m/s则 m3/h=57.61 m3/h(2) 泵的扬程(3) 泵的效率=68%在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW =68%4用离心泵（转速为2900 r/min）将20 的清水以60 m3/h的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的压头损失和动压头分别为2.4 m和0.61 m。规定泵入口的真空度不能大于64 kPa。泵的必需气蚀余量为3.5 m。试求（1）泵的安装高度（当地大气压为100 kPa）；（2）若改送55 的清水，泵的安装高度是否合适。解：(1) 泵的安装高度在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式（水池液面为基准面），得即 m（2）输送55 清水的允许安装高度55 清水的密度为985.7 kg/m3，饱和蒸汽压为15.733 kPa则 =m=2.31m原安装高度（3.51 m）需下降1.5 m才能不发生气蚀现象。8用离心泵将水库中的清水送至灌溉渠，两液面维持恒差8.8 m，管内流动在阻力平方区，管路特性方程为 （qe的单位为m3/s）单台泵的特性方程为 （q的单位为m3/s）试求泵的流量、压头和有效功率。 解：联立管路和泵的特性方程便可求泵的工作点对应的q、H，进而计算Pe。管路特性方程 泵的特性方程 联立两方程，得到 q=4.52103 m3/s H=19.42 m则 W=861 W11用离心通风机将50 、101.3 kPa的空气通过内径为600 mm，总长105 m（包括所有局部阻力当量长度）的水平管道送至某表压为1104 Pa的设备中。空气的输送量为1.5104 m3/h。摩擦系数可取为0.0175。现库房中有一台离心通风机，其性能为：转速1450 min-1，风量1.6104 m3/h，风压为1.2104 Pa。试核算该风机是否合用。解：将操作条件的风压和风量来换算库存风机是否合用。Pa=106300Pakg/m3=1.147 kg/m3m/s=14.40 m/s则 Pa=10483 PaPa=10967 Pa库存风机的风量q=1.6104 m3/h，风压HT=1.2104 Pa均大于管路要求（qe=1.5104 m3/h，HT=10967 Pa），故风机合用。第三章 非均相混合物分离及固体流态化1颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m3，直径为0.04 mm的球形石英颗粒在20 空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2 650 kg/m3，球形度的非球形颗粒在20 清水中的沉降速度为0.1 m/ s，颗粒的等体积当量直径是多少？（3）密度为7 900 kg/m3，直径为6.35 mm的钢球在密度为1 600 kg/m3的液体中沉降150 mm所需的时间为7.32 s，液体的黏度是多少？解：（1）假设为滞流沉降，则： 查附录20 空气，所以，核算流型： 所以，原假设正确，沉降速度为0.1276 m/s。（2）采用摩擦数群法依，查出：，所以：（3）假设为滞流沉降，得： 其中 将已知数据代入上式得： 核算流型 2用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m，宽5 m，高4.2 m，固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/m3。气体的处理量为3000（标准）m3/h。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。（1）若操作在20 下进行，操作条件下的气体密度为1.06 kg/m3，黏度为1.810-5 Pas。（2）若操作在420 下进行，操作条件下的气体密度为0.5 kg/m3，黏度为3.310-5 Pas。解：（1）在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为： 设沉降在斯托克斯区，则： 核算流型： 原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.98510-5 m。（2）计算过程与（1）相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为： 设沉降在斯托克斯区，则： 核算流型： 原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.13210-5 m。3对2题中的降尘室与含尘气体，在427 下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10 m，试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：取隔板间距为h，令 则 （1） 10 m尘粒的沉降速度 由（1）式计算h 层数取18层 核算颗粒沉降雷诺数： 核算流体流型： 6在实验室里用面积0.1 m2的滤叶对某悬浮液进行恒压过滤实验，操作压力差为67 kPa，测得过滤5 min后得滤液1 L，再过滤5 min后，又得滤液0.6 L。试求，过滤常数，并写出恒压过滤方程式。解：恒压过滤方程为： 由实验数据知： ， ， 将上两组数据代入上式得： 解得 所以，恒压过滤方程为 （m3/m2，s）或 （m3，s）7用10个框的板框过滤机恒压过滤某悬浮液，滤框尺寸为635 mm635 mm25 mm。已知操作条件下过滤常数为， 滤饼与滤液体积之比为v=0.06。试求滤框充满滤饼所需时间及所得滤液体积。解：恒压过滤方程为，代入恒压过滤方程得 8在0.04 m2的过滤面积上以110-4 m3/s的速率进行恒速过滤试验，测得过滤100 s时，过滤压力差为3104 Pa；过滤600 s时，过滤压力差为9104 Pa。滤饼不可压缩。今欲用框内尺寸为635 mm635 mm60 mm的板框过滤机处理同一料浆，所用滤布与试验时的相同。过滤开始时，以与试验相同的滤液流速进行恒速过滤，在过滤压强差达到6104 Pa时改为恒压操作。每获得1 m3滤液所生成的滤饼体积为0.02 m3。试求框内充满滤饼所需的时间。 解：第一阶段是恒速过滤，其过滤时间与过滤压差之间的关系可表示为： 板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与试验时相同，且过滤速度也一样，因此，上式中a，b值可根据实验测得的两组数据求出： 3104=100a+b 9104=600a+b解得 a=120，b=1.8104即 恒速阶段终了时的压力差，故恒速段过滤时间为 恒速阶段过滤速度与实验时相同 根据方程3-71， 解得： ， 恒压操作阶段过滤压力差为6104 Pa，所以 板框过滤机的过滤面积 滤饼体积及单位过滤面积上的滤液体积为 应用先恒速后恒压过滤方程 将K、qe、qR、q的数值代入上式，得：解得 9. 在实验室用一个每边长0.16 m的小型滤框对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤试验。操作条件下在过滤压力差为275.8 kPa，浆料温度为20 。已知碳酸钙颗粒为球形，密度为2 930 kg/m3。悬浮液中固体质量分数为0.072 3。滤饼不可压缩，每1 m3滤饼烘干后的质量为1 620 kg。实验中测得得到1 L滤液需要15.4 s，得到2 L滤液需要48.8 s。试求过滤常数，滤饼的空隙滤，滤饼的比阻r及滤饼颗粒的比表面积a。解：根据过滤实验数据求过滤常数已知，；，及代入恒压过滤方程式 联立以上两式，解得，滤饼的空隙滤 悬浮液的密度 以1 m3悬浮液为基准求滤饼体积， 滤液体积 滤饼不可压缩时，所以，滤饼比阻为颗粒的比表面积 第五章 传热过程基础 2某平壁燃烧炉由一层400 mm厚的耐火砖和一层200 mm厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ，外表面温度为100 ，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为，绝缘砖的导热系数为，。两式中的t可分别取为各层材料的平均温度。解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 （5-32）或 （5-32a）式中 代入1、2得 解之得 则 4直径为mm的钢管用40 mm厚的软木包扎，其外又包扎100 mm厚的保温灰作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为，绝热层外表面温度为10 。软木和保温灰的导热系数分别为)和)，试求每米管长的冷损失量。 解：此为两层圆筒壁的热传导问题，则 7在一传热面积为25 m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28 000kg/h，其温度由25 升至38 ，平均比热容为4.17 kJ/(kg)。有机溶液的温度由110 降至65 ，平均比热容为1.72 kJ/(kg)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。 解： kJ/(kg) 求 有机物 110 65 水 38 25 72 40 8在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10 000 kg/h，其初始温度为30 ，平均比热容为4.174 kJ/（kg）。有机溶剂的流量为14 000 kg/h，温度由180 降至120 ，平均比热容为1.72 kJ/（kg）。设换热器的总传热系数为500 W/(m2)，试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失和污垢热阻可以忽略。解： 冷却水的出口温度为逆流时并流时 10在一单壳程、双管程的管壳式换热器中，水在壳程内流动，进口温度为30 ，出口温度为65 。油在管程流动，进口温度为120 。出口温度为75 ，试求其传热平均温度差。 解：先求逆流时平均温度差 油 120 75 水 65 30 55 45 计算P及R 查图5-11（a）得 12在一单程管壳式换热器中，管外热水被管内冷水所冷却。已知换热器的传热面积为5 m2，总传热系数为1 400 W/(m2)；热水的初温为100 ，流量为5 000 kg/h；冷水的初温为20 ，流量为10 000 kg/h。试计算热水和冷水的出口温度及传热量。设水的平均比热容为4.18 kJ/(kg)，热损失可忽略不计。 解： 查图得 传热量 解出 解出 22某炼油厂拟采用管壳式换热器将柴油从176冷却至65。柴油的流量为9800kg/h。冷却介质采用35的循环水。要求换热器的管程和壳程压降不大于30kPa，试选择适宜型号的管壳式换热器。解：略第8章1. 在温度为40 、压力为101.3 kPa的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0 kPa时，氨在水中的溶解度为76.6 g (NH3)/1 000 g(H2O)。试求在此温度和压力下的亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。解：水溶液中氨的摩尔分数为 由 亨利系数为 kPa 相平衡常数为由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40 时水的密度为 kg/m3 溶解度系数为 3. 在总压为110.5 kPa的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为、。气膜吸收系数kG=5.210-6 kmol/(m2skPa)，液膜吸收系数kL=1.5510-4 m/s。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H0.725 kmol/(m3kPa)。（1）试计算以、表示的总推动力和相应的总吸收系数； （2）试分析该过程的控制因素。解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 kPa 其对应的总吸收系数为 kmol/(m2skPa) 以液相组成差表示的总推动力为 其对应的总吸收系数为 （2）吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。5. 在101.3 kPa及25 的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。已知混合气进塔和出塔的组成分别为y1=0.04、y2=0.002。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.13103 kPa，吸收剂用量为最小用量的1.45倍。（1） 试计算吸收液的组成； （2） 若操作压力提高到1013 kPa而其他条件不变，再求吸收液的组成。 解：（1） 吸收剂为清水，所以 所以操作时的液气比为 吸收液的组成为 （2） 6. 在一直径为0.8 m的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混合气的流量为45 kmol/h，二氧化硫的体积分数为0.032。操作条件下气液平衡关系为，气相总体积吸收系数为0.056 2 kmol/(m3s)。若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%，要求回收率为98%。求水的用量（kg/h）及所需的填料层高度。解： 惰性气体的流量为水的用量为 求填料层高度 7. 某填料吸收塔内装有5 m高，比表面积为221 m2/m3的金属阶梯环填料，在该填料塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分。已知混合气的流量为50 kmol/h，溶质的含量为5（体积分数）；进塔清水流量为200 kmol/h，其用量为最小用量的1.6倍；操作条件下的气液平衡关系为；气相总吸收系数为；填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90。试计算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直径。解：（1）惰性气体的流量为对于纯溶剂吸收 依题意（2） 由 填料塔的直径为9. 某制药厂现有一直径为1.2 m，填料层高度为3 m的吸收塔，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。入塔混合气的流量为40 kmol/h，溶质的含量为0.06（摩尔分数）；要求溶质的回收率不低于95%；操作条件下气液平衡关系为Y = 2.2X ；溶剂用量为最小用量的1.5倍；气相总吸收系数为0.35 kmol/ (m2h)。填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90。试计算（1）出塔的液相组成；（2）所用填料的总比表面积和等板高度。解：（1） 惰性气体的流量为 （2） m由 填料的有效比表面积为填料的总比表面积为由 由 填料的等板高度为 10. 用清水在塔中逆流吸收混于空气中的二氧化硫。已知混合气中二氧化硫的体积分数为0.085，操作条件下物系的相平衡常数为26.7，载气的流量为250 kmol/h。若吸收剂用量为最小用量的1.55倍，要求二氧化硫的回收率为92%。试求水的用量（kg/h）及所需理论级数。 解： 用清水吸收， 操作液气比为 水的用量为 用清水吸收， 由 11. 某制药厂现有一直径为 0.6 m，填料层高度为6 m的吸收塔，用纯溶剂吸收某混合气体中的有害组分。现场测得的数据如下：V=500 m3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004。已知操作条件下的气液平衡关系为 Y = 1.5 X 。现因环保要求的提高，要求出塔气体组成低于0.002（摩尔比）。该制药厂拟采用以下改造方案：维持液气比不变，在原塔的基础上将填料塔加高。试计算填料层增加的高度。解：改造前填料层高度为 改造后填料层高度为故有由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变，故对于纯溶剂吸收，由 故 因此，有操作液气比为填料层增加的高度为第九章 蒸馏3在100 kPa压力下将组成为0.55（易挥发组分的摩尔分数）的两组分理想溶液进行平衡蒸馏和简单蒸馏。原料液处理量为100 kmol，汽化率为0.44。操作范围内的平衡关系可表示为。试求两种情况下易挥发组分的回收率和残液的组成。解：（1）平衡蒸馏（闪蒸）依题给条件 则 由平衡方程 联立两方程，得y = 0.735， x = 0.4045kmol = 44kmol（2）简单蒸馏kmol kmol即 解得 xW = 0.3785简单蒸馏收率高（61.46%），釜残液组成低（0.3785）5在连续精馏塔中分离A、B两组分溶液。原料液的处理量为100 kmol/h，其组成为0.45（易挥发组分A的摩尔分数，下同），饱和液体进料，要求馏出液中易挥发组分的回收率为96，釜液的组成为0.033。试求（1）馏出液的流量和组成；（2）若操作回流比为2.65，写出精馏段的操作线方程；（3）提馏段的液相负荷。解：（1）馏出液的流量和组成由全塔物料衡算，可得 kmol/h=54.55 kmol/hkmol/h=45.45 kmol/h（2）精馏段操作线方程（3）提馏段的液相负荷6在常压连续精馏塔中分离A、B两组分理想溶液。进料量为60 kmol/h，其组成为0.46（易挥发组分的摩尔分数，下同），原料液的泡点为92 。要求馏出液的组成为0.96，釜液组成为0.04，操作回流比为2.8。试求如下三种进料热状态的q值和提馏段的气相负荷。（1）40 冷液进料；（2）饱和液体进料；（3）饱和蒸气进料。已知：原料液的汽化热为371 kJ/kg，比热容为1.82 kJ/(kg )。解：由题给数据，可得 （1）40 冷液进料 q值可由定义式计算，即（2）饱和液体进料 此时 q = 1（3）饱和蒸气进料 q = 0三种进料热状态下，由于q的不同，提馏段的气相负荷（即再沸器的热负荷）有明显差异。饱和蒸气进料V最小。7在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。原料液流量为50 kmol/h，要求馏出液中易挥发组分的收率为94。已知精馏段操作线方程为y = 0.75x+0.238；q线方程为y = 2-3x。试求（1）操作回流比及馏出液组成；（2）进料热状况参数及原料的总组成；（3）两操作线交点的坐标值xq及yq；（4）提馏段操作线方程。解：（1）操作回流比及馏出液组成 由题给条件，得及解得 R = 3，xD = 0.9522）进料热状况参数及原料液组成 由于及解得 q = 0.75（气液混合进料），xF = 0.5（3）两操作线交点的坐标值xq及yq 联立操作线及q线两方程，即解得 xq = 0.4699及yq = 0.5903（4）提馏段操作线方程 其一般表达式为式中有关参数计算如下： kmol/h = 25.32 kmol/hkmol/h =111.54 kmol/hkmol/h = 86.22 kmol/h则 9在板式精馏塔中分离相对挥发度为2的两组分溶液，泡点进料。馏出液组成为0.95（易挥发组分的摩尔分数，下同），釜残液组成为0.05，原料液组成为0.6。已测得从塔釜上升的蒸气量为93 kmol/h，从塔顶回流的液体量为58.5 kmol/h，泡点回流。试求（1）原料液的处理量；（2）操作回流比为最小回流比的倍数。解：（1）原料液的处理量 由全塔的物料衡算求解。对于泡点进料，q = 1kmol/h=34.5 kmol/h则 解得 kmol/h（2）R为Rmin的倍数R = 1.70对于泡点进料，Rmin的计算式为 于是 第十章 液-液萃取和液-固浸取1. 25时醋酸（A）庚醇-3（B）水（S）的平衡数据如本题附表所示。习题1附表1 溶解度曲线数据（质量分数/%）醋酸（A）庚 醇-3（B(333(B)水（S）醋酸（A）庚 醇-3（B） -3(B)-3(B)-3(B) 3(B)水（S）096.43.648.512.838.73.593.03.547.57.545.08.687.24.242.73.753.619.374.36.436.71.961.424.467.57.929.31.169.630.758.610.724.50.974.641.439.319.319.60.779.745.826.727.514.90.684.546.524.129.47.10.592.447.520.432.10.00.499.6习题1附表2 联结线数据（醋酸的质量分数%）水 层庚 醇-3 层水 层庚 醇-3 层6.45.338.226.813.710.642.130.519.814.844.132.626.719.248.137.933.623.747.644.9 试求：（1）在直角三角形相图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上绘出分配曲线。（2）确定由200 kg醋酸、200 kg庚醇-3和400 kg水组成的混合液的物系点位置。混合液经充分混合并静置分层后，确定两共轭相的组成和质量。（3）上述两液层的分配系数及选择性系数。（4）从上述混合液中蒸出多少千克水才能成为均相溶液？ 解：（1）溶解度曲线如附图1中曲线SEPHRJ所示。辅助曲线如附图1曲线SNP所示。分配曲线如附图2 所示。 （2）和点醋酸的质量分率为 水的质量分率为 由此可确定和点M的位置，如附图1所示。由辅助曲线通过试差作图可确定M点的差点R和E。由杠杆规则可得 由附图1可查得E相的组成为 R相的组成为 习题1 附图1 习题1 附图2 （3）分配系数 选择性系数 （4）随水分的蒸发，和点M将沿直线SM移动，当M点到达H点时，物系分层消失，即变为均相物系。由杠杆规则可得 需蒸发的水分量为 2. 在单级萃取装置中，以纯水为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸庚醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的处理量为1 000 kg/h，要求萃余相中醋酸的质量分数不大于10%。试（1）水的用量；（2）萃余相的量及醋酸的萃取率。操作条件下的平衡数据见习题1。 解：（1）物系的溶解度曲线及辅助曲线如附图所示。由原料组成xF=0.3可确定原料的相点F，由萃余相的组成xA=0.1可确定萃余相的相点R。借助辅助曲线，由R可确定萃取相的相点E。联结RE、FS，则其交点M即为萃取操作的物系点。由杠杆规则可得 （2）由杠杆规则可确定萃余相的量。习题2 附图 由附图可读得萃取相的组成为 萃取率= 5. 在多级逆流萃取装置中，以水为溶剂从含丙酮质量分数为40%的丙酮醋酸乙酯混合液中提取丙酮。已知原料液的处理量为2 000kg/h，操作溶剂比（）为0.9，要求最终萃余相中丙酮质量分数不大于6%，试求（1）所需的理论级数；（2）萃取液的组成和流量。操作条件下的平衡数据列于本题附表。习题5附表 丙酮（A）醋酸乙酯（B）水（S）的平衡数据（质量分数）萃 取 相萃 余 相丙酮（A）醋酸乙酯（B）水（S）丙酮（A）醋酸乙酯（B）水（S）07.492.6096.33.53.28.388.54.891.04.26.08.086.09.485.65.09.58.382.213.580.56.012.89.278.016.677.26.214.89.875.420.073.07.017.510.272.322.470.07.621.211.867.027.862.010.226.415.058.632.651.013.2 解：（1）由平衡数据在直角三角形坐标图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，如附图所示。习题5 附图由原料组成xF=0.40，在图中确定原料相点F。F=1000kg/h、S/F=0.9，再根据杠杆规则可确定F、S的和点M。由最终萃取要求xn=0.06确定Rn。联结Rn、M，其延长线与溶解度曲线交于E1，FE1、RnS两线的交点即为操作点。 借助辅助曲线作图可得E1的共轭相点R1（第一级萃取萃余相点），联结R1与溶解度曲线交于E2。同理可找到R2、R3 ，直至萃余相的组成小于0.06为止，操作线的条数即为理论级数。由作图可得 n=6 （2）联结S、E1，并延长交AB与E，E即为萃取液的相点，读图可得 由杠杆规则可得 第十一章 固体物料的干燥习题解答3. 在总压101.3 kPa